溶洞对隧道围岩稳定性影响分析及其探测方法研究

发布时间：2017-10-04 02:28

  本文关键词：溶洞对隧道围岩稳定性影响分析及其探测方法研究

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【摘要】：在岩溶地区的隧道修建过程中,会出现各种各样的溶洞问题,溶洞的存在,导致围岩坍塌等失稳灾害。若溶洞为大型充填或富水溶洞,处治不当就会突发突水、突泥等大型灾害,造成工期的延误,增加施工成本,甚至会造成巨大的财产损失。我国西南山区多为喀斯特地貌,近年来随着西南地区经济的大力发展的需求,公路、铁路隧道也在大力建设之中,在道路隧道修建中遇到隧道岩溶灾害问题也越来越多,因此为避免隧道坍塌、突泥、突泥等岩溶灾害事故的发生,针对岩溶隧道的溶洞问题研究隧道围岩的稳定性是很有必要的。本文依托于岩溶地区的公路隧道施工,运用理论分析、现场监测、数值模拟等方法,通过探讨岩溶发育机理及隧道围岩稳定性的影响因素,阐述应力和位移的计算方法,结合现场超前地质预报探测,分析TSP及地质雷达探测方法的原理、应用及优缺点,运用ANSYS建立二维模型,模拟分析不同位置、不同大小及与隧道边缘相距不同距离时的隧道围岩应力及位移变形,构建三维模型,模拟隧道围岩开挖的稳定性,通过以上方法,分析了溶洞对隧道围岩稳定性的影响。本文的研究对隧道的施工具有重要的指导意义。本文主要的研究工作如下:(1)分析超前地质预报方法的探测原理,结合工程地质资料,综合分析确定应用TSP对DK14+845-965里程段超前预报探测,分析掌子面前方未开挖区域围岩情况,并针对反射异常段采用地质雷达探测,比较分析两种方法的可行性,建议施工全程采用TSP探测,复杂岩溶地段采用地质雷达验证的方法。(2)通过数值模拟的方法,运用ANSYS对处于不同位置、不同大小及不同距离的溶洞进行二维建模分析,研究隧道围岩应力及位移的变化规律。研究结果表明顶部和底部溶洞对于隧道拱顶、拱腰围岩竖向位移影响较大,对围岩水平位移影响较小;溶洞处于隧道侧部和侧45°时,溶洞对隧道的水平收敛量影响较大,且最危险区域是溶洞与隧道之间的围岩。(3)结合隧道工程实例,对实际施工隧道进行三维数值模拟,研究右侧45°溶洞存在时,隧道开挖后围岩应力变化,隧道各测点及边坡各点随隧道开挖距离的位移规律,研究结果显示溶洞一侧的位移值大于无溶洞侧的位移,且有溶洞时边坡位移值要大于无溶洞的位移,将现场监测边坡沉降与数值分析结果相比较,现场边坡监测位移规律与模拟结果大致相同,数值模拟可与现场监测结合预测隧道变形。
【关键词】：岩溶隧道 地质雷达 数值模拟 围岩稳定性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451.2
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景与意义8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 岩溶的发育特征、机理及规律8-10
• 1.2.2 溶洞对隧道的影响研究10-12
• 1.3 研究内容12-13
• 1.4 研究方法13-14
• 2 隧道围岩稳定性研究14-22
• 2.1 隧道围岩破坏形态14-15
• 2.2 隧道围岩稳定性的影响因素15-16
• 2.3 隧道围岩稳定性分析方法16
• 2.3.1 理论研究法16
• 2.3.2 模拟研究方法16
• 2.3.3 现场试验法16
• 2.4 围岩压力及位移计算16-20
• 2.4.1 隧道初始应力计算16-17
• 2.4.2 隧道开挖后的应力计算17-19
• 2.4.3 围岩位移计算19-20
• 2.5 本章小结20-22
• 3 溶洞探测方法研究22-34
• 3.1 超前地质预报的方法及原理22-25
• 3.2 工程实例探测分析25-32
• 3.2.1 隧道工程概况25-26
• 3.2.2 超前地质预报分析26-32
• 3.3 本章小结32-34
• 4 溶洞分布位置及大小对围岩稳定性影响分析34-58
• 4.1 计算理论34-35
• 4.2 隧道开挖过程模拟的基本方法35-36
• 4.3 本构关系36-37
• 4.4 计算模型及计算内容37
• 4.4.1 计算分析的内容37
• 4.4.2 计算模型及参数37
• 4.5 溶洞对围岩稳定性影响的数值模拟分析37-57
• 4.5.1 顶部溶洞37-43
• 4.5.2 底部溶洞43-47
• 4.5.3 侧部溶洞47-52
• 4.5.4 侧 45°溶洞52-57
• 4.6 本章小结57-58
• 5 岩溶隧道的数值模拟分析58-72
• 5.1 物理力学参数58
• 5.2 模型的建立58-59
• 5.3 隧道开挖过程的实现59-60
• 5.4 隧道围岩稳定性分析60-67
• 5.4.1 初始地应力模拟60
• 5.4.2 隧道开挖后的应力场分析60-61
• 5.4.3 隧道开挖后位移分析61-67
• 5.5 隧道监控量测67-68
• 5.6 溶洞的处治方法68-69
• 5.6.1 处治原则及方法68-69
• 5.6.2 处治技术69
• 5.7 本章小结69-72
• 6 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-80
• 附录80
• 作者在攻读硕士学位期间参与的专利80

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本文编号：968141